Загрязнение почв соединениями серы, углерода и азота
Санкт-Петербургский Государственный университет
Факультет географии и экологии
Кафедра геоэкологии и природопользования
Реферат по экологии почв на тему
« Загрязнение почв соединениями серы, углерода и азота»
студент 2 курса, Д.О.,
кафедра геоэкологии и природопользования
1. Химическое загрязнение почв 3
2. Загрязнение окружающей среды оксидами углерода, серы и азота и вызванные ими нарушения экологического состояния почв 8
3. Загрязнение почв соединениями серы, углерода и азота
3.1. Загрязнение почв соединениями азота 12
3.2. Загрязнение почв соединениями серы 16
3.3. Загрязнение почв соединениями углерода 17
IV. Список литературы 21
Соединения серы, углерода и азота в настоящее время широко используются во многих областях человеческой деятельности. Без их участия невозможно представить современные промышленные и сельскохозяйственные процессы. С одной стороны, некоторые из вышеупомянутых соединений оказывают благоприятное воздействие на окружающую среду в целом и на почву в частности, но в основном человек не подозревает о том, чрезмерное и бесконтрольное применение соединений серы, углерода и азота ведет к образованию кислотных дождей, усилению «парникового» эффекта, снижению плодородия, закислению и деградации почв. Поэтому, на мой взгляд, эта тема очень актуальна сегодня, когда нам стоит задуматься об экологизации технологического процесса, уменьшении вредных выбросов в атмосферу, сохранении и поддержании плодородия почв. Без плодородных почв растениеводство как таковое приходит в упадок, что в свою очередь влияет на все сельское хозяйство в целом, а это уже серьёзный удар по экономике страны. Загрязнение почв соединениями серы, углерода и азота – важная и острая проблема современного общества, на которую в будущем должно быть обращено большее внимание и найдены разумные пути ее решения.
1.Химическое загрязнение почв [2]
Химическим загрязнением почвы считается изменение химического состава почвы в результате антропогенной деятельности, способное вызвать ухудшение ее качества. Соответственно, загрязненность почвы химическим веществом – величина, характеризующая степень изменения химического состава почвы. Загрязняющее почву химическое вещество, которое подлежит наблюдению в первую очередь, называется
приоритетным. Изменение химического состава обусловлено не только появлением новых химических веществ, которых нет в незагрязненной природной почве, но и увеличением содержания веществ, характерных для состава этой незагрязненной природной почвы.
Источники химического загрязнения почвы подразделяются специалистами на:
— промышленные (обусловленные деятельностью промышленных и энергетических предприятий);
— транспортные (обусловленные эксплуатацией транспортных средств);
— сельскохозяйственные (обусловленные сельскохозяйственным производством);
— хозяйственно-бытовые (обусловленные хозяйственно-бытовой деятельностью человека).
Различают несколько видов химического загрязнения почвы – глобальное, региональное и локальное. Химическое загрязнение почвы считается глобальным, если оно возникает вследствие дальнего переноса загрязняющего вещества в атмосфере на расстоянии, превышающем тысячу километров от любых источников загрязнения. Региональное химическое загрязнение почвы возникает вследствие переноса в атмосфере загрязняющего вещества на расстояния более 40 км от техногенных и более 10 км от сельскохозяйственных источников загрязнения. Локальное химическое загрязнение почвы возникает на ограниченных территориях, вблизи одного или совокупности нескольких точечных источников загрязнения почвы – свалок, ферм, складов химических веществ и др. Наконец, при обобщенном рассмотрении выделяют общие загрязнения почвы, распространенные на большие территории и вызванные выбросами от разнообразных источников, в том числе от применения химических средств защиты растений, органических и неорганических удобрений, орошения сточными водами
(Материал приведен на основе ГОСТ 17.4.1.03-84 «Охрана природы. Термины
и определения химического загрязнения»).
Проверка соответствия химического загрязнения почвы установленным нормам и требованиям с определением фактических уровней загрязнения, проводимая разово или нерегулярно, считается контролем химического загрязнения почвы.
Если же контроль проводится регулярно, имеет место система регулярных наблюдений с оценкой фактических и прогнозируемых уровней загрязнения, последствий от загрязнения и проводится выявление источников загрязненности почвы, то такие
мероприятия считаются мониторингом химического загрязнения почвы.
Основными количественными показателями химического загрязнения почвы являются поверхностная плотность загрязнения (масса загрязняющего почву химического вещества в слое заданной глубины, отнесенная к единице поверхности почвы), и массовая доля загрязняющего почву химического вещества (отношение массы загрязняющего почву химического вещества к общей массе воздушно-сухой и (или) абсолютно су-
хой пробы почвы) (По ГОСТ 17.4.1.03-84, термин «концентрация» применительно к оценке уровня химического загрязнения почвы не используется).
Допустимое содержание загрязняющего почву химического вещества характеризуют двумя величинами:
· предельно допустимое количество (ПДК) (не концентра-
ция) – максимальная массовая доля загрязняющего почву химического вещества, не вызывающая прямого или косвенного влияния, включая отдельные последствия на
окружающую среду и здоровье человека;
· ориентировочно-допустимое количество загрязняющего почву химического вещества (ОДК) – предельно-допустимое количество загрязняющего почву химического вещества в почве, определенное расчетными методами.
Характеризуя взаимодействие почвы и загрязняющих химических веществ, рассматривают несколько процессов.
Самоочищение почвы – уменьшение количества загрязняющего почву химического вещества в результате протекающих в почве процессов миграции, превращения, разложения. Считается, что при самоочищении происходит уменьшение массовой доли загрязняющего почву химического вещества на 96% от первоначального значения или до его фонового содержания.
Загрязняющие почву химические вещества способны к миграции, т.е. горизонтальному и (или) вертикальному перемещению в почве и (или) из нее в другие объекты природной
среды (растения, атмосферу, природные воды и др.) и обратно. Разновидностью миграции является транслокация, или переход загрязняющего почву химического вещества в растения. Находящиеся в почве загрязняющие химические вещества под воздействием различных факторов могут претерпевать превращение, т.е. изменение состава, состояния или структуры его молекул. Превращение характерно для большинства загрязняющих почву химических веществ. Превращение химического вещества в почве с образованием веществ, не относимых к загрязнителям, называется разложением. Разложение может иметь как химическую, так и биологическую природу (под воз-
действием микроорганизмов). Рассматривают также детоксикацию загрязняющего почву химического вещества, или его превращение в нетоксичные продукты разложения.
По отношению к загрязняющим веществам почва обладает защитной способностью, т.е. способностью к существенному снижению токсичности вещества, вплоть до его превращения в нетоксичные для организма вещества (детоксикация).
По степени опасности химические вещества подразделя-
ются на три класса согласно табл. 1 (ГОСТ 17.4.1.02-83).
Классификация химических веществ для контроля загрязнений
при санитарно-химическом исследовании почв
As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn, F, бензпирен, нек. пестициды
B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr, нек. пестициды
Ba, V, W, Mn, Sr, ацетофенон, нек.пестициды
* По влиянию на пищевую ценность с/х продукции вследствие транслокации.
2. Загрязнение окружающей среды оксидами углерода, серы и азота и вызванные ими нарушения экологического состояния почв[1]
Техногенное поступление в окружающую среду оксидов углерода, серы, азота преимущественно связано со сжиганием топлива (угля, нефти, газа). Техногенные источники вносят существенный вклад в формирование современного состава атмосферы. Таблица 2 показывает соотношение природных и техногенных составляющих в газовой фазе атмосферы.
Таблица 2
Антропогенная эмиссия,% от общей эмиссии
За счет антропогенных источников содержание CO2 в атмосфере повышается. Локальных или региональных экологических последствий это событие не имеет. Но все более значимым становится влияние его на глобальном уровне. За счёт увеличения объема сжигаемого топлива только за последнюю четверть века среднее содержание CO2 в атмосфере промышленных регионов повысилось по сравнению с фоновым почти на 10%. Предполагается, что ежегодно увеличивается поступление CO2 на 0,3%. Увеличение концентрации CO2 в атмосфере – одна из причин «парникового эффекта», который ведет к повышению температуры на планете.
На локальном уровне проявляется токсичное действие монооксидом углерода CO (угарного газа). Основные техногенные источники поступления CO в атмосферу: транспорт и предприятия энергетики. CO образуется при сжигании любых видов топлива (нефти, угля, древесины) как промежуточный продукт окисления органических веществ. Но основной техногенный источник поступления в атмосферу монооксида углерода – выхлопные газы автомобилей. Его поступления с выхлопными газами автомобилей более чем на порядок превышают поступление с отходами заводов, электростанций. В атмосфере может сохраняться до тех лет.
Что касается оксидов азота (моно- и диооксидов), оценки вклада различных отраслей производства в загрязнение ими атмосферы различаются. Бесспорно одно: высокий уровень их поступления с отходами сжигания топлива, 50-80% от общего количества, выбрасываемого в атмосферу. Вторым по влиянию на загрязнение атмосферы оксидами азота является автотранспорт. Токсичность диоксида азота выше, чем монооксида азота.
Так же, как и углерод, и азот, сера является обязательным компонентом природных органических веществ. По этой причине велико влияние на загрязнение атмосферы оксидами серы сжигания нефти, угля, газа, древесины. По обощенным данным, отходы топливной энергетики обеспечивают не менее 55% от общего объема выбросов оксидов серы, среди которых преобладает диоксид серы. Вносят вклад также металлургическая промышленность (25% от общего поступления), очистка и переработка нефти и угля (10%), химическая промышленность, транспорт и другие виды хозяйственной деятельности (10%). В таблице 3 показан один из примеров вклада различных источников в загрязнение атмосферы оксидами серы и азота.
Общепланетарное техногенное поступление диоксида серы в атмосферу, по разным источникам, составляет в среднем 140-290 млн. т в год. Предполагается, что в XXI веке выброс диоксида серы увеличивается в 3-5 раз. Сернистый ангидрид SO2 преобладает среди других соединений серы техногенного происхождения, по разным источникам, это превышение колеблется от 1,5-2 раз до 7-8 раз.
Таблица 3
Действие оксидов азота и оксидов серы на экосистему проявляется на локальном, региональном и глобальном уровнях. Экологическая опасность локального и регионального загрязнения атмосферы оксидами серы и азота состоит в том, что они способны растворяться в атмосфреных осадках с образованием серной и азотной кислот и проливаться на земную поверхность в форме кислотных дождей.
Кислотные осадки – атмосферные осадки, имеющие более кислую (по сравнению с региональными фоновыми уровнями) реакцию за счет повышенного содержания в них серной и азотной кислот техногенного происхождения. Дождевая вода обычно имеет слабокислую реакцию (pH=5,6), что обусловлено растворением в ней углекислого газа атмосферы. Кислотными называют осадки, pH которых ниже 5,5 и во многих промышленно развитых странах мира кислотность дождевой воды повышается на порядок и более, особенно кислотность росы и тумана.
Основная часть выбросов SO2 (94%) приходится на Северное полушарие, где сконцентрирована преимущественно мировая промышленность. В Европе главными его источниками являются промышленные комплексы Германии и Великобритании.
Дальность распространения газов в атмосфере составляет в среднем 300-400 км, может достигать 1-2 тыс. км. На территории многих стран Европы до половины и более от общего количества сернистых соединений поступает из соседних стран.
Заксиление почв – локальное или региональное повышение (по сравнению с региональными фоновыми уровнями) кислотности за счет действия антропогенных факторов. Такими факторами наряду с кислотными осадками может быть применение физиологически кислых удобрений (например, сульфата аммония).
В нашей стране природными факторами обеспечено широкое распространение кислых почв. В различных районах нашей страны на их долю приходится от1/3 до половины пахотных земель, среди которых преобладает сильно- и среднекислые почвы. Это почвы Республики Коми, Сахалина, Амурской, Пермской, Пензенской и других областей.
Наблюдения в районах интенсивных выпадений кислотных осадков показывают, что изменения pH почвы достигает 0,5-2,0 единиц. Причем в менее кислых почвах величины pH снижаются в большей степени, чем в почвах, имеющих более низкие значения pH (Соколова, Дронова, 1993).
При закислении почв повышается растворимость почвенных алюмосиликатов, усиливается преобразование не силикатных окристаллизованных форм Fe и Al в аморфные. Активизируется выщелачивание из ППК биогенных элементов Ca, Mg, K, Na, повышается содержание в нем ионов алюминия, железа.
Закисление почв даже при отсутствии загрязнения их металлами может вызвать повышение растворимости этих соединений в почве, к увеличению их содержания в почвенном растворе до избыточного. Отрицательное действие металлов на живые организмы может быть связано не только с повышением их концентрации в растворе, но и с изменением соотношения обеспечивающих эту концентрацию ионов металлов. Например, среди соединений алюминия жидкой фазы почв начинают преобладать мономеры свободных ионов, а они более токсичны. Многие растения чувствительны к алюминию, повышение растворимости его соединений в почвах может способствовать снижению уровня почвенного плодородия.
Подкисление сопровождается изменением подвижности и других элементов питания растений за счет повышения растворимости их соединений, что может нарушать их соотношение в растворе и сопровождаться неблагоприятными экологическими последствиями.
Эффект закисления почв зависит от буферной способности почв, от их способности нейтрализовать кислоты. Карбонатные почвы в качестве буфера, способного нейтрализовать избыточное поступление кислот в почвенный раствор, содержат карбонат кальция, именно поэтому на юге нашей страны проблема подкисления почв неактуальна. Различия в исходной кислотности почв сопровождаются сменой ведущих факторов, обусловливающих нейтрализацию протонов техногенного происхождения. В так называемом «силикатном» диапазоне буферности почв к кислоте (pH 5,0-6,2) имеет значение высвобождение катионов I и II групп, а при pH 4,2-5,0 – участие реакций ионного обмена. При более кислой реакции и высокой ненасыщенности ППК основаниями буферность почв обеспечивают реакции растворения алюмосодержащих минералов и несиликатных соединений железа.
Кислотно-основные условия влияют на поглотительную способность твердых фаз почвы амфолитоидной природы. При подкислении почв снижается их способность поглощать катионы, что способствует их выносу из почвенного профиля.
3. Загрязнение почв соединениями серы, углерода и азота
3.1. Загрязнение почв соединениями азота[3]
Находящиеся в почвах устойчивые соединения азота представлены формами с валентностями +3 и +5. Биофильность азота сравнима с биофильностью углерода.
В настоящее время антропогенез существенно нарушил естественные процессы биологической фиксации и миграции азота, хотя природные источники в значительной степени определяют размеры поступления азота по сравнению с техногенными – в соотношении порядка 2:1.
По данным В.А. Ковды, размеры ежегодного биогенного и техногенного поступления азота в биосферу составляют (табл.4,5):
Источник
➤ Adblock
detector